核反应堆动力学课件.ppt

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1、第9章核反应堆动力学主讲马续波核科学与工程学院反应堆工程教研室核反应堆物理分析核反应堆安全运行的基础在于成功的控制中子通量密度或反应堆功率在各种情况下随时间的变化。本章讨论：有效增殖因子或反应性的迅速变化所引起的反应堆内中子密度随时间的瞬态变化特性。反应性反馈效应：中子密度的瞬态变化会引起反应堆内功率、温度等的瞬态变化，而这些参数的变化，又会引起反应性的变化，从而又引起中子密度的变化。反应堆中子学-热工水力耦合分析9.1缓发中子的作用反应堆临界计算:可不区分瞬发中子与缓发中子反应堆动力学:必须考虑缓发中子的产生相对于裂变

2、时刻的延迟假设所有裂变中子为瞬发中子，则l：瞬发中子平均寿命，即平均每代时间假设：在t<0时，keff=1，在t=0时k有一阶跃变化，上式积分得反应堆周期（反应堆时间常数）：反应堆内中子通量密度变化e倍所需要的时间有不考虑缓发中子时：l≈10-4秒，0.1%的反应性扰动反应堆周期：T=0.1秒在1秒内，反应堆功率将增大e10（22000）倍!!考虑缓发中子时：l≈10-1秒，但引入0.1%的反应性扰动反应堆周期：T=100秒在1秒内，反应堆功率将增大e0.01（1%）倍!考虑缓发中子后裂变中子的平均寿命缓发中子虽

3、然份额很少，但缓发时间较长，缓发效应大大增加了两代中子之间的平均时间间隔，从而延迟了中子密度的变化率。所以缓发中子效应在研究瞬态过程和反应堆控制时时不可忽略的。反应堆控制正是利用缓发中子的作用才得以实现的。9.2点堆中子动力学方程1.单群扩散动力学方程(考虑缓发中子)2.点堆动力学方程定义中子每代时间点堆方程改写为假定不同时刻中子通量密度在空间中的分布形状不变，也就是说堆内各点中子密度随时间的变化涨落是同步的，堆内中子好像没有线度尺寸一样，可以把它看作一个集总参数的系统来处理，在此基础上得到的模型称为点堆模型。考虑反应性

4、反馈，为一阶非线性方程组；如忽略反馈，为一阶线性方程组。点堆模型的适用范围点堆模型的主要限制在于它不能描述与空间有关的动力学效应，如反应性的局部扰动和过渡过程中中子通量密度空间分布随时间的快速畸变。例题：均匀平板反应堆，三个活性区，在t=0时刻，I区引入一个正反应性阶跃(增加9.5%)，反应堆超临界；随后在0.01s内反应性线性下降到-。点堆模型仅适用于局部扰动不大，或者空间效应不太重要的情况！9.3阶跃扰动时点堆模型动态如不考虑反馈效应，点堆方程为一阶线性常系数微分方程组，假定其解的形式为将其代入点堆方程并整理

5、得反应性方程(倒时方程)或反应性方程：表征参数与反应堆特性参数，l，k，i和i之间的关系。>0时：有6个负根和1个正根<0时：有7个负根点堆方程解为：系数根据初始条件确定。瞬发中子寿命l=10-4秒，引入0.1%的反应性扰动，可得中子密度时间相应9.4反应堆周期反应堆周期：中子密度按指数规律变化e倍所需的时间无论引入正或负的反应性，中子密度都将发生急剧变化，但经过一段时间各瞬变项消失后，其最终时间特性表现为：9.4.1反应堆周期临界时，T？反应堆周期与反应性关系式反应堆倍周期或倍增周期：堆内中子通量密度增

6、长一倍所需的时间所以反应堆周期的符号和大小直接反映堆内中子增减变化速率，所以在反应堆运行中，特别是在启动或功率提升过程中，对反应堆周期的监督十分重要。周期过大时，可能导致反应堆失控。在反应堆控制台上有专门的周期指示仪表对周期进行监督。一般周期限制在30s以上。反应堆还有周期保护系统。9.4.2不同反应性引入时反应堆的响应特性1.当引入的反应性很小时（<<）,1很小所以由于l相对很小，所以反应堆周期与瞬发中子寿命无关，与引入的反应性成反比，且取决于缓发中子寿命可得9.4.2不同反应性引入时反应堆的响应特性2.当引入的

7、反应性很大时（>>）,1较大，1>>i或反应堆周期主要决定于瞬发中子每代时间当=时若(1-)k=1，即仅依靠瞬发中子达到临界，称为瞬发临界k=1/(1-)带入上式=(=1$)<:反应堆达到临界尚需缓发中子作出贡献，因而反应堆特性在很大程度上由先驱核衰变的时间决定，称为缓发临界>:称为瞬发超临界，此时即使不考虑缓发中子，有效增殖因子也会大于1，只靠瞬发中子就能使链式反应不断进行下去，缓发中子在决定周期方面不起作用。反应堆功率以瞬发中子决定的极短周期快速增长。(4)为很大的负反应性稳定周期

8、将接近于1/1，即约等于80s如果由于引入大的负反应性而突然停堆，则中子通量密度迅速下降，而在短时间内瞬变项衰减之后，中子通量密度将按指数规律下降，其周期约为80s，即大约每184s功率下降一个量级。反应堆停堆时，中子通量密度需下降10个数量级以上，其关闭时间要求至少30min，反应堆设计需要考虑。